CN107353576A - 一种低气味、高耐磨聚甲醛增强复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低气味、高耐磨聚甲醛增强复合材料及其制备方法，其由聚甲醛54‑90份、玻璃纤维5‑45份、气味吸附母粒1‑5份、0.1‑0.5份固体润滑剂、0.2‑1.0份润滑剂和0.1‑1份抗氧剂经搅拌混合后通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒制得。本发明用PTFE分散液对玻璃纤维进行浸渍处理，从而改善了玻纤在聚甲醛基体的分散性，并使制得的聚甲醛在耐磨性能方面有了显著的提高，同时使用的气味吸附母粒使产品在加工和应用过程中保持着低气味的特性。

Description

一种低气味、高耐磨聚甲醛增强复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子技术领域，具体涉及一种低气味、高耐磨聚甲醛增强复合材料及其制备方法。
背景技术
聚甲醛是一种综合性能优良的工程塑料，具有极高的强度和刚度，良好的尺寸稳定性，优良的耐疲劳性、耐蠕变性、自润滑性和耐磨性能，在机械、汽车、电子、家电和建材等方面广泛用于制造各种具有低摩耐磨性能的零件。但是聚甲醛在高温下热稳定性差、易分解，加工成型的温度窄，耐老化性差，仅能在低速、低负荷的条件下使用。为了使聚甲醛在高速、高负荷登苛刻条件下使用，就必须在原有优异的物理机械性能的基础上，进一步降低摩擦系数和磨损率，这就需要通过聚甲醛的改性来实现。
发明内容
本发明的目的是提供一种低气味、高耐磨聚甲醛增强复合材料及其制备方法。
为了实现本发明的目的，本发明的低气味、高耐磨聚甲醛增强复合材料，由下述组份按重量份制备而成：
一种低气味、高耐磨聚甲醛增强复合材料，其特征在于：由下述组分按重量份制备而成：
进一步方案，所述气味吸附母粒由以下重量份的组分制成：聚丙烯40-75份、疏水性硅藻土10-20份、疏水性活性炭0-10份、针状沸石分子筛5-10份、蓖麻油酸锌5-10份、抗菌剂5-10份、热稳定剂0.5-1份、吸醛剂1-5份、苯并呋喃酮类自由基捕捉剂0.1-0.5份、抗氧剂0.2-0.5份和硬脂酸锌0.5-1.0份。
所述的抗菌剂为接枝高分子季铵盐的纳米二氧化硅；所述的热稳定剂硬脂酸钙；所述的吸醛剂是三聚氰胺。
所述玻璃纤维是经PTFE(聚四氟乙烯)分散液浸渍处理后的改性玻璃纤维。
所述的固体润滑剂为二硫化钼、石墨的一种或两种混合物。
所述的润滑剂为硅酮粉、白油、硅油、石蜡、硬脂酸、硬脂酸锌的一种或几种的混合物。
所述的抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1098)和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯(抗氧剂168)的混合物。
本发明的另一个发明目的是提供上述低气味、高耐磨聚甲醛增强复合材料的方法，包括下列步骤：
(1)将玻璃纤维清洗烘干后浸渍在PTFE分散液中，然后取出烘干并在280-290℃烘培、烧结得改性玻璃纤维；
(2)聚丙烯40-75份、疏水性硅藻土10-20份、疏水性活性炭0-10份、针状沸石分子筛5-10份、蓖麻油酸锌5-10份、抗菌剂5-10份、热稳定剂0.5-1份、吸醛剂1-5份、苯并呋喃酮类自由基捕捉剂0.1-0.5份、抗氧剂0.2-0.5份和硬脂酸锌0.5-1.0份进行混合均匀，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒得气味吸附母粒；
(3)将聚甲醛、气味吸附母粒、固体润滑剂、润滑剂和抗氧剂倒入高速搅拌机中进行搅拌，混合均匀后加入双螺杆挤出机中；再将经(1)处理后的改性玻璃纤维从挤出机的玻纤口加入，经熔融挤出后造粒，制得低气味、高耐磨聚甲醛增强复合材料。
进一步方案，所述PTFE分散液是平均粒径为0.2-0.3μm的PTFE树脂悬浮在液态水中形成的胶体溶液，所述胶体溶液的粘度为0.015-0.02Pa·s、浓度为60wt％、pH值为9-10。
所述双螺杆挤出机的一区温度为150-170℃、二区温度为160-170℃、三区温度为160-180℃、四区温度为170-180℃、五区温度为170-185℃、六区温度为170-185℃；双螺杆主机转速为250-500rpm。
本发明的有益效果：
1、本发明用PTFE分散液对玻璃纤维进行浸渍处理，从而改善了玻纤在聚甲醛基体的分散性，并使制得的聚甲醛复合材料在耐磨性能方面有了显著的提高，并保持了优异的力学性能。
2、本发明将石墨、二硫化钼等常见耐磨剂的用量降至0.1-0.5份作为固体润滑剂使用，不仅避免了大量使用石墨、二硫化钼造成的复合材料性能缺陷，并且作为固体润滑剂还对复合材料耐磨性能起到了有益的协效作用。
3本发明使用气味吸附母粒降低复合材料中的甲醛含量，使总挥发性有机物TVOC显著降低；并且在保证复合材料低气味特性的同时，其各项物理力学性能也不受影响，并使材料的成型加工性能不受影响。
具体实施方式
以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明，下面各实施例中所使用的改性玻璃纤维和气味吸附母粒均通过下面方法制备而成：
改性玻璃纤维：玻璃纤维清洗烘干后浸渍在PTFE分散液中，然后取出烘干并在280-290℃烘培、烧结得改性玻璃纤维；其中PTFE分散液是平均粒径为0.2-0.3μm的PTFE树脂悬浮在液态水中形成的胶体溶液，所述胶体溶液的粘度为0.015-0.02Pa·s、浓度为60wt％、pH值为9-10。
气味吸附母粒的制备：聚丙烯49份、疏水性硅藻土15份、疏水性活性炭10份、针状沸石分子筛10份、蓖麻油酸锌10份、高分子季铵盐接枝纳米二氧化硅5份、硬脂酸钙1份、三聚氰胺1份、5,7-二-(2,2-二甲基乙基)-3-(3,4-二甲基苯基)-2-3氢-苯并呋喃酮0.1份、抗氧剂1010 0.2份、抗氧剂168 0.2份和硬脂酸锌0.5份加入高速混合机混合均匀，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒得到气味吸附母粒。
实施例1
将聚甲醛70份、气味吸附母粒3份、0.5份二硫化钼、1份硅酮粉、0.5份抗氧剂1098、0.5份抗氧剂168倒入高速搅拌机中，高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，将改性玻璃纤维25份从玻纤口加入、经熔融挤出后造粒，制得低气味、低散发、高耐磨聚甲醛增强复合材料。
其中双螺杆挤出机一区温度为160℃，二区温度为165℃，三区温度为160℃，四区温度为170℃，五区温度为170℃，六区温度为170℃；双螺杆主机转速为250rpm。
实施例2
将聚甲醛54份、气味吸附母粒1份、0.2份石墨、0.2份硅酮粉、0.1份抗氧剂1098、0.1份抗氧剂168倒入高速搅拌机中，高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，将改性玻璃纤维45份从玻纤口加入、经熔融挤出后造粒，制得低气味、低散发、高耐磨聚甲醛增强复合材料。
其中双螺杆挤出机一区温度为170℃，二区温度为170℃，三区温度为180℃，四区温度为180℃，五区温度为185℃，六区温度为185℃；双螺杆主机转速为500rpm。
实施例3
将聚甲醛90份、气味吸附母粒5份、0.1份二硫化钼、0.5份硅酮粉、0.2份抗氧剂1098、0.3份抗氧剂168倒入高速搅拌机中，高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，将改性玻璃纤维5份从玻纤口加入、经熔融挤出后造粒，制得低气味、低散发、高耐磨聚甲醛增强复合材料。
其中双螺杆挤出机一区温度为150℃，二区温度为160℃，三区温度为170℃，四区温度为170℃，五区温度为175℃，六区温度为180℃；双螺杆主机转速为350rpm。
对比例1
将聚甲醛73份、0.5份二硫化钼、1份硅酮粉、0.5份抗氧剂1098、0.5份抗氧剂168倒入高速搅拌机中，高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，将改性玻璃纤维25份从玻纤口加入、经熔融挤出后造粒，制得低气味、低散发、高耐磨聚甲醛增强复合材料。
其中双螺杆挤出机一区温度为160℃，二区温度为165℃，三区温度为160℃，四区温度为170℃，五区温度为170℃，六区温度为170℃；双螺杆主机转速为250rpm。
对比例2
将聚甲醛70份、气味吸附母粒3份，0.5份二硫化钼、1份硅酮粉、0.5份抗氧剂1098、0.5份抗氧剂168倒入高速搅拌机中，高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，将未处理的玻璃纤维25份从玻纤口加入、经熔融挤出后造粒，制得低气味、低散发、高耐磨聚甲醛增强复合材料。
其中双螺杆挤出机一区温度为160℃，二区温度为165℃，三区温度为160℃，四区温度为170℃，五区温度为170℃，六区温度为170℃；双螺杆主机转速为250rpm。
对比例3
将聚甲醛73份、0.5份二硫化钼、1份硅酮粉、0.5份抗氧剂1098、0.5份抗氧剂168倒入高速搅拌机中，高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，未处理的玻璃纤维25份从玻纤口加入、经熔融挤出后造粒，制得低气味、低散发、高耐磨聚甲醛增强复合材料。
其中双螺杆挤出机一区温度为160℃，二区温度为165℃，三区温度为160℃，四区温度为170℃，五区温度为170℃，六区温度为170℃；双螺杆主机转速为250rpm。
对上述实施例1-3和对比例1-3制备的聚甲醛增强复合材料，分别检测其力学性能、气味等级、雾度、TVOC和耐磨性能。其中力学性能采用ASTM标准进行检测，气味等级、雾度及TVOC采用GMW标准进行检测，耐磨性能根据标准GB/T 5478-2008来测定，其物性数据见下表1。
表1性能数据
从表1数据可以看出，添加气味吸附母粒可以明显改善材料的气味和散发特性，使制备的聚甲醛增强复合材料TVOC低于50ugC/g，同时保持了较低的吸水性。而对比例1、3中因没有添加气味吸附母粒，其复合材料的TVOC大于145ugC/g。另外，本发明制备的产品的磨耗指数极低，呈现出了优良的耐磨性能。本发明使用经浸渍处理的改性玻璃纤维明显改善了玻纤在聚甲醛基体的分散性，相对于对比例2、3，聚甲醛增强复合材料的耐磨性突出，力学性能显著改善。
上述各具体实施例是对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种低气味、高耐磨聚甲醛增强复合材料，其特征在于：由下述组分按重量份制备而成：
聚甲醛　　　　　 54-90份
玻璃纤维　　　 5-45份
气味吸附母粒 1-5份
固体润滑剂　　　　　 0.1-0.5份
润滑剂 0.2-1.0份
抗氧剂　　　　　 0.1-1份。
2.根据权利要求1所述的一种低气味、高耐磨聚甲醛增强复合材料，其特征在于：所述气味吸附母粒由以下重量份的组分制成：聚丙烯40-75份、疏水性硅藻土10-20份、疏水性活性炭0-10份、针状沸石分子筛5-10份、蓖麻油酸锌5-10份、抗菌剂5-10份、热稳定剂0.5-1份、吸醛剂1-5份、苯并呋喃酮类自由基捕捉剂0.1-0.5份、抗氧剂0.2-0.5份和硬脂酸锌0.5-1.0份。
3.根据权利要求2所述的一种低气味、高耐磨聚甲醛增强复合材料，其特征在于：所述的抗菌剂为接枝高分子季铵盐的纳米二氧化硅；所述的热稳定剂硬脂酸钙；所述的吸醛剂是三聚氰胺。
4.根据权利要求1所述的一种低气味、高耐磨聚甲醛增强复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维是经PTFE分散液浸渍处理后的改性玻璃纤维。
5.根据权利要求1所述的一种低气味、高耐磨聚甲醛增强复合材料，其特征在于：所述的固体润滑剂为二硫化钼、石墨中的一种或两种混合物。
6.根据权利要求1所述的一种低气味、高耐磨聚甲醛增强复合材料，其特征在于：所述的润滑剂为硅酮粉、白油、硅油、石蜡、硬脂酸、硬脂酸锌中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种低气味、高耐磨聚甲醛增强复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯的混合物。
8.一种制备如权利要求1-7任一项所述的一种低气味、高耐磨聚甲醛增强复合材料的方法，其特征在于：包括下列步骤：
（1）将玻璃纤维清洗烘干后浸渍在PTFE分散液中，然后取出烘干并在280-290℃烘培、烧结得改性玻璃纤维；
（2）聚丙烯40-75份、疏水性硅藻土10-20份、疏水性活性炭0-10份、针状沸石分子筛5-10份、蓖麻油酸锌5-10份、抗菌剂5-10份、热稳定剂0.5-1份、吸醛剂1-5份、苯并呋喃酮类自由基捕捉剂0.1-0.5份、抗氧剂0.2-0.5份和硬脂酸锌0.5-1.0份进行混合均匀，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒得气味吸附母粒；
（3）将聚甲醛、气味吸附母粒、固体润滑剂、润滑剂和抗氧剂倒入高速搅拌机中进行搅拌，混合均匀后加入双螺杆挤出机中；再将经（1）处理后的改性玻璃纤维从挤出机的玻纤口加入，经熔融挤出后造粒，制得低气味、高耐磨聚甲醛增强复合材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述PTFE分散液是平均粒径为0.2 -0.3μm的PTFE树脂悬浮在液态水中形成的胶体溶液，所述胶体溶液的粘度为0.015-0.02Pa·s、浓度为60wt%、pH值为9-10。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机的一区温度为150-170℃、二区温度为160-170℃、三区温度为160-180℃、四区温度为170-180℃、五区温度为170-185℃、六区温度为170-185℃；双螺杆主机转速为250-500rpm。
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